CN220969064U - 一种二氧化碳加氢甲烷化Sabatier反应的生产*** - Google Patents
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Abstract
一种二氧化碳加氢甲烷化Sabatier反应的生产***，其属于化工生产的技术领域。该生产***中原料二氧化碳和氢气分别经过CO2压缩机和H2压缩机升压后，H2分成四股。氢气总管分为四个支路分别为第一氢气支管、第二氢气支管、第三氢气支管和第四氢气支管；H2通过不同的支管分流到相应的反应器中进行反应。该***H2分流进入、床层温度可控、循环量小、能耗低、甲烷化效率高、充分利用反应热，热量利用率高，以实现节能的目的。该***利用废热锅炉换热，充分的给一二三四级甲烷化反应器出口气换热，热量充分利用。该***简单、设备运行费用和投资成本低、运行可靠性高、热能回收效果好、提高反应深度。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种二氧化碳加氢甲烷化Sabatier反应的生产***，其属于化工生产的技术领域。
背景技术
由于化石燃料燃烧产生的大量人为 CO2 排放，导致空气中二氧化碳浓度不断上升，引起了全球变暖、气候变化和海洋酸化等广泛的环境问题。近几十年来，CO2的利用在世界范围内引起了极大的关注，CO2转化为甲烷的技术不仅可以制备当前急需的天然气，还可以作为合适的储能载体，调节太阳能和风能的波动，稳定电网，是CO2资源化利用的有效途径。
CO2甲烷化反应是一个强放热反应。
CO2+ 4H2--- CH4+ 2H2O ΔH= -165.51kJ/mol
上述反应是CO2加氢制甲烷的主反应，该反应有两个特点：（1）CO2结构稳定、活化能高，需要在较高的温度条件下才能活化、加氢生成甲烷；（2）CO2的热力学平衡转化率随温度升高会有所下降，具有工业应用价值的反应温度范围是：280-700℃。超过700℃后，CO2的平衡转化率太低，循环能耗太高。
为了解决温度与平衡转化率的矛盾，提高CO2的转化效率，需要在较低温度下具备较高活性的催化剂。同时针对目前甲烷化反应床层温度难以控制、循环量大、甲烷化效率低、热量利用率低等问题，开发一种低能耗、反应床层温度容易控制、甲烷化效率高、热量利用率高的工艺对甲烷化反应制甲烷具有重要意义。
实用新型内容
为解决现有技术中存在的问题，本实用新型提供一种二氧化碳加氢甲烷化Sabatier反应的生产***，目的是解决CO2排放造成的环境问题以及CH4能源不足问题，该***床层温度分级调节可控、循环比小、能耗低、甲烷化效率高、热量利用率高，实现节能的目的。
本实用新型是通过以下技术方案实现的：一种二氧化碳加氢甲烷化Sabatier反应的生产***，它包括CO2压缩机和H2压缩机，CO2入口经管路连接至CO2压缩机，再由二氧化碳总管连接至一级甲烷化入塔换热器的壳层；
H2入口经H2压缩机后连通氢气总管，分为四个支路分别为第一氢气支管、第二氢气支管、第三氢气支管和第四氢气支管；
所述第一氢气支管连通至二氧化碳总管后，经过一级甲烷化入塔换热器的壳层后连接至一级甲烷化反应器；一级甲烷化反应器的出口经第一废热锅炉后连接至二级甲烷化反应器；
所述第二氢气支管连通至第一废热锅炉的出口管后，连接至二级甲烷化反应器；二级甲烷化反应器出口经第二废热锅炉后连接至三级甲烷化反应器；
所述第三氢气支管连通至第二废热锅炉的出口管后，连接至三级甲烷化反应器；三级甲烷化反应器出口经第三废热锅炉、四级甲烷化入塔换热器管层后，依次连接至四级锅炉水换热器、第一循环水冷却器、第一气液分离器；
第一气液分离器的气相出口分为两个支路，第一支路经过循环机后连通至第一氢气支管，第二支路经四级甲烷化入塔换热器壳层进入四级甲烷化反应器；
所述第四氢气支管连通四级甲烷化入塔换热器的出口管后，连接至四级甲烷化反应器；四级反应出口经第四废热锅炉、一级甲烷化入塔换热器管层，连接至五级甲烷化反应器；五级甲烷化反应器出口依次经五级锅炉水换热器管层、第二循环水冷却器后连接至第二气液分离器。
该***还包括脱盐水管路，脱盐水管路通过管路分别连接至四级锅炉水换热器和五级锅炉水换热器。
该***还包括蒸汽总管，第一废热锅炉、第二废热锅炉、第三废热锅炉、第四废热锅炉、五级汽包通过管路连接至蒸汽总管。
该***还包括锅炉水总管，四级锅炉水换热器和五级锅炉水换热器的出水口连通至锅炉水总管，锅炉水总管分别通过管路连接第一废热锅炉、第二废热锅炉、第三废热锅炉和第四废热锅炉的入水口。
本实用新型的有益效果为：该***H2分流进入、床层温度可控、循环量小、能耗低、甲烷化效率高、充分利用反应热，热量利用率高，以实现节能的目的。该方法合理利用甲烷化反应放出的热量，制得满足合成天然气的前提下，同时还副产3-5MPa中压过热蒸汽。
该***利用废热锅炉换热，充分的给一二三四级甲烷化反应器出口气换热，热量充分利用。该***简单、设备运行费用和投资成本低、运行可靠性高、热能回收效果好、提高反应深度。
附图说明
图1为CO2加氢制甲烷工艺流程图。
图中：KC-1、CO2压缩机，KC-2、H2压缩机；
E-01、一级甲烷化入塔换热器，E-02、第一废热锅炉，E-03、第二废热锅炉，E-04、第三废热锅炉，E-05、四级甲烷化入塔换热器，E-06、四级锅炉水换热器，E-07、第一循环水冷却器，E-08、第四废热锅炉，E-09、五级汽包，E-10、五级锅炉水换热器，E-11、第二循环水冷却器；
R-01、一级甲烷化反应器，R-02、二级甲烷化反应器，R-03、三级甲烷化反应器，R-04、四级甲烷化反应器，R-05、五级甲烷化反应器；
V-01、第一气液分离器，V-02、第二气液分离器；
C-1、循环机；
P-01、氢气总管，P-02、第一氢气支管，P-03、第二氢气支管，P-04、第三氢气支管，P-05、第四氢气支管，P-06、二氧化碳总管，P-07、脱盐水管路，P-08、蒸汽总管。
具体实施方式
下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
图1示出了一种二氧化碳加氢甲烷化Sabatier反应的生产***，它包括CO2压缩机KC-1和H2压缩机KC-2，CO2入口经管路连接至CO2压缩机KC-1，再由二氧化碳总管P-06连接至一级甲烷化入塔换热器E-01的壳层；
H2入口经H2压缩机KC-2后连通氢气总管P-01，分为四个支路分别为第一氢气支管P-02、第二氢气支管P-03、第三氢气支管P-04和第四氢气支管P-05；
第一氢气支管P-02连通至二氧化碳总管P-06后，经过一级甲烷化入塔换热器E-01的壳层后连接至一级甲烷化反应器R-01；一级甲烷化反应器R-01的出口经第一废热锅炉E-02后连接至二级甲烷化反应器R-02。
第二氢气支管P-03连通至第一废热锅炉E-02的出口管后，连接至二级甲烷化反应器R-02；二级甲烷化反应器R-02出口经第二废热锅炉E-03后连接至三级甲烷化反应器R-03。
第三氢气支管P-04连通至第二废热锅炉E-03的出口管后，连接至三级甲烷化反应器R-03；三级甲烷化反应器R-03出口经第三废热锅炉E-04、四级甲烷化入塔换热器E-05管层后，依次连接至四级锅炉水换热器E-06、第一循环水冷却器E-07、第一气液分离器V-01。
第一气液分离器V-01的气相出口分为两个支路，第一支路经过循环机C-1后连通至第一氢气支管P-02，第二支路经四级甲烷化入塔换热器E-05壳层进入四级甲烷化反应器R-04。
第四氢气支管P-05连通四级甲烷化入塔换热器E-05的出口管后，连接至四级甲烷化反应器R-04；四级甲烷化反应器R-04出口经第四废热锅炉E-08、一级甲烷化入塔换热器E-01管层，连接至五级甲烷化反应器R-05；五级甲烷化反应器R-05出口依次经五级锅炉水换热器E-10管层、第二循环水冷却器E-11后连接至第二气液分离器V-02。
该***还包括脱盐水管路P-07，脱盐水管路P-07通过管路分别连接至四级锅炉水换热器E-06和五级锅炉水换热器E-10。该***还包括蒸汽总管P-08，第一废热锅炉E-02、第二废热锅炉E-03、第三废热锅炉E-04、第四废热锅炉E-08、五级汽包E-09通过管路连接至蒸汽总管P-08。该***还包括锅炉水总管P-09，四级锅炉水换热器E-06和五级锅炉水换热器E-10的出水口连通至锅炉水总管P-09，锅炉水总管P-09分别通过管路连接第一废热锅炉E-02、第二废热锅炉E-03、第三废热锅炉E-04和第四废热锅炉E-08的入水口。
采用上述技术方案工作时，该***中包括多级绝热反应器一级到三级、四级或五甲烷化反应器与1个等温反应器串联；原料CO2和H2分别经过CO2压缩机KC-1和H2压缩机KC-2升压后，H2分成四股。
第一股H2与原料CO2和循环气混合后，经1级甲烷化入塔换热器E-01壳层连接至一级甲烷化反应器R-01，一级反应R-01出口经第一废热锅炉E-02后连接至二级甲烷化反应器R-02。
第二股H2与第一废热锅炉E-02出口气混合后进入二级甲烷化反应器R-02，二级反应R-02出口经第二废热锅炉E-03后连接至三级甲烷化反应器R-03。
第三股H2与第二废热锅炉E-03出口气混合后进入三级甲烷化反应器R-03，三级反应R-03出口经第三废热锅炉E-04后，经4级甲烷化入塔换热器E-05管层连接至四级锅炉水换热器E-06、第一循环水冷却器E-07、第一气液分离器V-01，气相分两路，一路循环气经循环机C-1升压后与H2第一股与原料CO2混合，另一路经4级甲烷化入塔换热器E-05壳层进入四级甲烷化反应器R-04。
第四股H2与4级甲烷化入塔换热器E-05壳层出口混合后进入四级甲烷化反应器R-04，四级甲烷化反应器R-04出口经第四废热锅炉E-08、1级甲烷化入塔换热器E-01管层，连接至五级甲烷化反应器R-05，五级反应R-05出口经五级锅炉水换热器E-10管层、第二循环水冷却器E-11、第二气液分离器V-02，气相CH4纯度达到95%以上。
甲烷化是强放热反应，高温有利于加快反应速率，但是同时又降低平衡转化率，因此采用分级配入氢气的方式，有效平稳的控制多级绝热反应器出口温度为540-620℃。多级绝热反应器产生的热量由多级废热锅炉产生蒸汽带出***。第五级等温甲烷化反应产生的热量，由汽包产生蒸汽，第五级等温甲烷化反应器的出口温度为280-350℃，五级反应出口气经过锅炉水加热器、循环水冷却器、气液分离器，产物CH4纯度达到95%以上，满足生产I类天然气产品CH4含量要求。
尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
Claims (4)
1.一种二氧化碳加氢甲烷化Sabatier反应的生产***，它包括CO2压缩机（KC-1）和H2压缩机（KC-2），其特征在于：CO2入口经管路连接至CO2压缩机（KC-1），再由二氧化碳总管（P-06）连接至一级甲烷化入塔换热器（E-01）的壳层；
H2入口经H2压缩机（KC-2）后连通氢气总管（P-01），分为四个支路分别为第一氢气支管（P-02）、第二氢气支管（P-03）、第三氢气支管（P-04）和第四氢气支管（P-05）；
所述第一氢气支管（P-02）连通至二氧化碳总管（P-06）后，经过一级甲烷化入塔换热器（E-01）的壳层后连接至一级甲烷化反应器（R-01）；一级甲烷化反应器（R-01）的出口经第一废热锅炉（E-02）后连接至二级甲烷化反应器（R-02）；
所述第二氢气支管（P-03）连通至第一废热锅炉（E-02）的出口管后，连接至二级甲烷化反应器（R-02）；二级甲烷化反应器（R-02）出口经第二废热锅炉（E-03）后连接至三级甲烷化反应器（R-03）；
所述第三氢气支管（P-04）连通至第二废热锅炉（E-03）的出口管后，连接至三级甲烷化反应器（R-03）；三级甲烷化反应器（R-03）出口经第三废热锅炉（E-04）、四级甲烷化入塔换热器（E-05）管层后，依次连接至四级锅炉水换热器（E-06）、第一循环水冷却器（E-07）、第一气液分离器（V-01）；
第一气液分离器（V-01）的气相出口分为两个支路，第一支路经过循环机（C-1）后连通至第一氢气支管（P-02），第二支路经四级甲烷化入塔换热器（E-05）壳层进入四级甲烷化反应器（R-04）；
所述第四氢气支管（P-05）连通四级甲烷化入塔换热器（E-05）的出口管后，连接至四级甲烷化反应器（R-04）；四级甲烷化反应器（R-04）出口经第四废热锅炉（E-08）、一级甲烷化入塔换热器（E-01）管层，连接至五级甲烷化反应器（R-05）；五级甲烷化反应器（R-05）出口依次经五级锅炉水换热器（E-10）管层、第二循环水冷却器（E-11）后连接至第二气液分离器（V-02）。
2.根据权利要求1所述的一种二氧化碳加氢甲烷化Sabatier反应的生产***，其特征在于：该***还包括脱盐水管路（P-07），脱盐水管路（P-07）通过管路分别连接至四级锅炉水换热器（E-06）和五级锅炉水换热器（E-10）。
3.根据权利要求2所述的一种二氧化碳加氢甲烷化Sabatier反应的生产***，其特征在于：该***还包括蒸汽总管（P-08），第一废热锅炉（E-02）、第二废热锅炉（E-03）、第三废热锅炉（E-04）、第四废热锅炉（E-08）、五级汽包（E-09）通过管路连接至蒸汽总管（P-08）。
4.根据权利要求2所述的一种二氧化碳加氢甲烷化Sabatier反应的生产***，其特征在于：该***还包括锅炉水总管（P-09），四级锅炉水换热器（E-06）和五级锅炉水换热器（E-10）的出水口连通至锅炉水总管（P-09），锅炉水总管（P-09）分别通过管路连接第一废热锅炉（E-02）、第二废热锅炉（E-03）、第三废热锅炉（E-04）和第四废热锅炉（E-08）的入水口。
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